以3D打印技術為代表的數(shù)字化制造模式，曾被《經(jīng)濟學人》雜志認為是“第三次工業(yè)革命最具標志性的生產(chǎn)工具”，近年來在全球持續(xù)升溫、熱潮頻襲。3D打印與傳統(tǒng)制造方式不同的特性，及其理論上“無孔不入”的打印可能，觸動了科技界、產(chǎn)業(yè)界的敏感神經(jīng)。

　　然而，這一制造技術是否真如設想中那么美好？我國與世界先進水平有哪些差距？產(chǎn)業(yè)前景又在哪里？熱鬧之后，還需深思。

　　5月29日—31日，2013世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會在北京召開，再一次把這些問題推向前臺。

　　——編  者

　　應用

　　無法替代傳統(tǒng)制造方式，成本、材料因素限制市場

　　3D打印上世紀80年代誕生于美國，學名是“增材制造”，是將材料一次性熔聚成型的制造方式，與傳統(tǒng)對原材料進行切削等的“減材制造”方法相反。

　　“與蓋樓過程一樣，3D打印也是從地基建起，通過打印材料的層層疊加，最終形成一個完整的立體物品?！比A中科技大學材料科學與工程學院教授史玉升說，理論上，塑料、金屬、陶瓷、沙子等材料做成粉狀物后都可以用作打印的“墨水”。

　　新產(chǎn)品在實際制造成型后，可能與原設計有出入，因此量產(chǎn)前常常需要樣品驗證，3D打印正好發(fā)揮了其在單件或小批量生產(chǎn)上的優(yōu)勢。另外，3D打印在高端尤其是復雜零件加工上有較大潛力。傳統(tǒng)制造方法需要經(jīng)過開模具、鑄造或鍛造以及精加工，費時費料。而3D打印的一次成型技術，能夠打印出設計好的復雜結(jié)構(gòu)，節(jié)約了材料，降低了零部件的研制周期和成本。

　　“有一家鑄造企業(yè)用選擇性激光燒結(jié)3D打印機，將復雜鑄件的交貨期由傳統(tǒng)的3個月縮短到了10天左右，”史玉升舉例說，“還有某發(fā)動機制造商采用這樣的設備，把大型六缸柴油發(fā)動機缸蓋砂芯的研制周期，由過去的5個月縮短至1周左右?！?/p>

　　速度快、省材料、能輕松應對結(jié)構(gòu)復雜的產(chǎn)品……既然身兼種種特長，3D打印技術已誕生30多年，為什么一直沒發(fā)展起來？

　　中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長羅軍認為，關鍵在于3D打印技術對傳統(tǒng)制造技術的替代作用不強。雖然在部分產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)和模具生產(chǎn)上頗有優(yōu)勢，但在大批量生產(chǎn)上，3D打印的速度和成本其實都比不過傳統(tǒng)制造方式。打印材料品種的單一和昂貴的成本，使其局限于對價格敏感度不高的產(chǎn)品，市場應用領域有限。

　　“3D打印技術只是傳統(tǒng)制造業(yè)的補充。”史玉升表示。羅軍也認為，3D打印技術擅長解決個性化、復雜化、高難度的生產(chǎn)技術，而傳統(tǒng)制造業(yè)擅長批量化、規(guī)模化和精益化的生產(chǎn)，兩者是互補關系，“不是誰替代誰的問題”。

　　在羅軍看來，3D打印技術沒得到大發(fā)展的另一個原因在于，國內(nèi)3D行業(yè)“小而散”的局面影響了產(chǎn)業(yè)的推廣。因此，去年10月15日，中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，集合了國內(nèi)40多家從事3D打印的企業(yè)和科研單位。羅軍希望通過聯(lián)盟形成合力，以行業(yè)抱團發(fā)展模式逐步打開市場。

　　現(xiàn)狀

　　設備、材料及應用領域與國外尚有差距，活體組織打印是未來重要方向

　　發(fā)展3D打印技術，中國其實起步并不晚。這方面的研究在上世紀80年代末就已開始，研究力量集中在西安交通大學、華中科技大學和清華大學等高校。

　　目前，這3所高校仍是我國3D打印技術的研究重地，其中西安交通大學側(cè)重研究光固化技術，華中科技大學的優(yōu)勢在于激光粉末燒結(jié)技術，而清華大學則側(cè)重塑料堆積技術。

　　史玉升表示，我國生產(chǎn)的3D打印機裝備功能已經(jīng)接近國際先進水平，兩者的差距主要體現(xiàn)在裝備的可靠性和材料研發(fā)上?！安糠?D打印機的關鍵器件需從國外進口，而用國產(chǎn)零件生產(chǎn)的打印機穩(wěn)定性不夠。”此外，我國在材料質(zhì)量和品種上還遠不如美國、德國豐富，許多研發(fā)的實驗材料也需要進口。

　　“更大的差距體現(xiàn)在應用上?！?nbsp;史玉升說，在國外，3D打印技術已經(jīng)在新產(chǎn)品開發(fā)、生物醫(yī)療、航空航天、影視教育創(chuàng)意等方面有較多應用，而我國還主要局限于模具打印、文化創(chuàng)意產(chǎn)品等少數(shù)領域。

　　另外，在西方國家，3D打印技術可以打印出個性化的假牙、假肢，在醫(yī)療健康領域已經(jīng)取得成效。不過，“假”的東西并不能讓人們滿足?！拔磥?D打印技術一個前沿方向是研究如何打印‘活’的人體‘零件’?！笔酚裆f，只要能找出與人體相容的材料，打印出網(wǎng)狀物，再把人體的細胞放上去培養(yǎng)，就能制造出真正的人體組織了。

　　不過，當前打印人體器官還只是一種科學愿景，這依賴于打印材料和技術上的突破，并需要開展生物、醫(yī)學、計算機等多學科來交叉研究。

　　雖然還有不小差距，但3D打印技術已經(jīng)算是我國制造行業(yè)與國外先進水平差距很少的技術之一，部分領域幾乎同步，在某些方面還具有自身特色和一定的優(yōu)勢。北京航空航天大學的王華明教授曾打印出世界上最大的鈦合金復雜構(gòu)件，產(chǎn)品整體性能遠超鍛件。

　　史玉升認為，中國要從制造業(yè)大國走向強國，依靠當前加工型的、技術含量低的生產(chǎn)手段難有根本改觀，國家應加強對3D打印技術研究的支持。

　　據(jù)了解，我國從去年底已經(jīng)啟動了中國工程院增材制造咨詢項目，為未來中國3D打印技術發(fā)展獻計獻策。

　　前景

　　未來3至5年是發(fā)展關鍵時期，工業(yè)級打印將成主要市場

　　“現(xiàn)在只是3D打印技術的產(chǎn)業(yè)化初級階段，未來3—5年將是3D打印技術最為關鍵的發(fā)展機遇期?！绷_軍表示。

　　據(jù)羅軍估計，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立后，國內(nèi)3D行業(yè)統(tǒng)一了抱團發(fā)展的思想，未來3年內(nèi)有望達到百億產(chǎn)值。而市場缺口打開后，國內(nèi)3D打印技術市場規(guī)模將保持至少一倍以上的增長速度，有可能成為世界3D打印的中心。

　　美國沃勒斯合伙公司是全球知名的3D打印行業(yè)咨詢機構(gòu)，已經(jīng)連續(xù)18年發(fā)布全球3D打印行業(yè)年度報告。其不久前發(fā)布的最新報告顯示，2012年3D打印全球市場規(guī)模為22億美元，同比增長了29%；其中3D打印機的銷售量同比上升了25%，其中有38%產(chǎn)自美國，8.5%來自中國。

　　報告還顯示，低端、愛好者級別的3D打印機銷售增速明顯放緩，工業(yè)級3D打印份額擴大，制造商開始使用3D打印技術直接生產(chǎn)成品零件。

　　低端、愛好者級別的3D打印機常被稱為“桌面級3D打印機”，在美國售價通常在5000美元以下，可以用來打印文化創(chuàng)意小產(chǎn)品，缺點是精度不高。

　　沃勒斯合伙公司主席兼首席顧問特里·沃勒斯解釋，部分用戶因為好奇嘗試購買桌面級別的3D打印機，但現(xiàn)在這一市場已經(jīng)逐漸接近飽和，3D打印行業(yè)的未來在工業(yè)級市場。目前美國有上百家“桌面級3D打印機”企業(yè)，未來均可能面臨倒閉的危險。由于3D打印使用的塑料和金屬材料都很昂貴，產(chǎn)品精度也有限，他并不看好文化創(chuàng)意產(chǎn)品服務這一商業(yè)模式。

　　英國增材制造聯(lián)盟主席格瑞漢姆·卓曼表示，能推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是工業(yè)級的應用，而中國以中心工業(yè)城市集聚帶動產(chǎn)業(yè)、依靠政府支持是一種目前比較好的發(fā)展途徑，有利于工業(yè)級3D打印技術的發(fā)展和應用推廣。

　　而羅軍認為，3D打印技術要得到社會和用戶的認可，就不能夠光停留在工業(yè)級的高技術含量的領域。“哪怕一個3D打印照相館、一間提供定制服務的工作室，也是對3D打印技術很好的推廣。”羅軍說，讓公眾真正了解3D打印技術，能為其今后大規(guī)模的應用提供基礎。